Kraftmessdose

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Kraftmessdose zum Erfassen von Radkräften und/oder -Momenten an Reifenprüfständen im Labor und auf mobilen Versuchsfahrzeugen basierend auf dem piezoelektrischen Messprinzip. Sie umfasst eine Grundplatte 2 und eine der Grundplatte gegenüber liegende Deckplatte 3 sowie einen zwischen diesen Platten flächig angeordneten, plattenförmigen Quarzsensor 5. Die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 sind erfindungsgemäss länglich ausgestaltet und schliessenzwei oder mehr solche plattenförmige Quarzsensoren 5 dazwischen ein, die bezüglich der Längsausrichtung der Platten 2, 3 in einer Reihe angeordnet und durch die Platten 2, 3 vorgespannt sind.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen von Radkräften und/oder -Momenten an Reifenprüfständen im Labor und auf mobilen Versuchsfahrzeugen basierend auf dem piezoelektrischen Messprinzip.

Stand der Technik

[0002] Radkräfte werden an Reifenprüfständen im Labor und auf mobilen Versuchsfahrzeugen gemessen, um Pneus und Felgen aber auch Radaufhängungen und Stossdämpfer zu testen und zu optimieren. Dazu dienen in der Regel zweierlei Versuchsanordnungen. In der ersten werden die Kraftsensoren im feststehenden Bereich der Räder an Prüfständen oder Versuchsfahrzeugen, in sogenannten Messnaben, angebracht, in der zweiten in den beweglichen Bereichen der Räder, beispielsweise in den Felgen von Versuchsfahrzeugen. In beiden Anordnungen sind in den entsprechenden Applikationen mehrere Sensoren um die Radachse herum gleichmässig in einem Kreis angeordnet. Beispiele bilden die Messnabe vom Typ 9295 oder das Messrad vom Typ 9296, beide von der Firma Kistler.

[0003] Probleme ergeben sich bei Applikationen für LKW Räder, da in diesen Fällen viel höhere Kräfte übertragen werden. Herkömmliche Applikationen halten in Rad-Normalrichtung Gesamtkräfte von bis 30 kN, in den anderen Richtungen bis 20 kN aus. Da diese gesamten Kräfte über die Kraftmessdosen geführt werden, müssen diese entsprechend ausgelegt werden. Zu schwache Messdosen können bei einer Testfahrt zerbrechen und den Fahrer dadurch in Gefahr bringen.

[0004] Um solch hohe Kräfte messen zu können, müssen entweder grössere Quarzscheiben oder mehrere Messdosen herkömmlicher Grösse verwendet werden. Für grössere Quarzscheiben fehlt oft der Platz, da der frei zur Verfügung stehende Bereich durch den Felgenradius nach aussen und durch die grossen Wellen nach innen begrenzt ist. Bei der Verwendung einer grösseren Anzahl von Quarzscheiben wird die grosse Anzahl von Ladungskanälen, die von jeder Quarzscheibe her geführt werden muss, problematisch. Andererseits ist die Montage und Demontage der Räder dadurch komplizierter, weil jede Quarzscheibe separat vorgespannt werden muss.

Darstellung der Erfindung

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Messaufbau oder einen Sensor zum Erfassen von Radkräften und/oder - Momenten an Reifenprüfständen im Labor und auf mobilen Versuchsfahrzeugen basierend auf dem piezoelektrischen Messprinzip zu beschreiben, der sich auch für hohe Lasten, bei hoher Dynamik und hohen Eigenfrequenzen, insbesondere für LKW Räder eignet.

[0006] Die Aufgabe wird gelöst durch die Kennzeichen der unabhängigen Patentansprüche.

[0007] Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass als eingangs erwähnter Sensor eine Kraftmessdose verwendet wird, welche eine Grundplatte und eine der Grundplatte gegenüber liegende Deckplatte umfasst sowie zwei oder mehr zwischen diesen Platten flächig angeordnete, plattenförmige Quarzsensoren. Erfindungsgemäss sind die Grundplatte und die Deckplatte länglich ausgestaltet und die Quarzsensoren sind bezüglich der Längsausrichtung der Platten in einer Reihe angeordnet. Zudem sind die Quarzsensoren durch die Platten vorgespannt.

[0008] Durch die längliche Form lassen sich beispielsweise vier, fünf oder sechs solche Kraftmessdosen auf einer Kreislinie in dem zur Verfügung stehenden Bereich eines Rades anordnen. Andererseits ist der Ein- uns Ausbau sehr einfach, da die Kraftmessdosen bereits vorgespannt sind.

[0009] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Im Folgenden wird die Erfindung unter Beizug der Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen

Fig. 1

eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Kraftmessdose mit zwei Quarzsensoren;

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines Querschnitts der Kraftmessdose nach Fig. 1;

Fig. 3

eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine Einbausituation eines Messrades mit vier erfindungsgemässen Messdosen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0011] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Kraftmessdose 1 zum Erfassen von Radkräften und/oder Momenten an Reifenprüfständen im Labor und auf mobilen Versuchsfahrzeugen. Sie umfasst eine Grundplatte 2 und eine der Grundplatte gegenüber liegende Deckplatte 3. Zwischen diesen Platten 2, 3 sind, wie in Fig. 2 ersichtlich, zwei plattenförmige Quarzsensoren 5 flächig angeordnet. In Fig. 1 sind zudem zwei Vorspannmuttern 4 ersichtlich, welche die dahinterliegenden, hier nicht sichtbaren Quarzsensoren 5 unter die gewünschte Vorspannung bringen können.

[0012] Umliegend um die Vorspannmuttern 4 sind Montagebohrungen 8 angebracht. Diese befinden sich in der Grundplatte 2, in Fig. 1 nicht ersichtlich, sowie in der Deckplatte 3. An diesen können radseitig sowie fahrzeugseitig resp. prüfstandseitig Befestigungsschrauben eingreifen und die Kraftmessdose 1 damit fixieren. Die Montage ist im Gegensatz zu herkömmlichen Messelementen für diese Zwecke daher einfacher, weil die Quarzsensoren 5 in dieser erfindungsgemässen Ausgestaltung bereits vorgespannt sind. Dadurch muss nur noch die Anbindung an die Radkomponenten vorgenommen werden. Ein Austauschen der Kraftmessdose 1 ist somit auch stark vereinfacht.

[0013] Erfindungsgemäss sind Grundplatte 2 und Deckplatte 3 länglich ausgestaltet. Insbesondere ist die Kraftmessdose 1 mindestens doppelt so lang wie breit. In dieser Anordnung sind zwei Quarzsensoren 5 in der Kraftmessdose 1 angeordnet, es können auch drei oder mehr sein. Diese Quarzsensoren 5 sollen jedenfalls bezüglich der Längsausrichtung der Platten in einer Reihe angeordnet sein, wobei die Reihe auch auf einem Kreissegment verlaufen kann, dessen Radius allerdings grösser sein muss als die Breite der Kraftmessdose 1.

[0014] Wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt kann die Kraftmessdose 1 mit abgeschrägten oder abgerundeten Ecken, insbesondere oval-ähnlich ausgestaltet sein. Durch diese Form lassen sich Kraftmessdosen 1 mit grossen Quarzsensoren 5 auf eine Felge 11 bringen, die insgesamt mehr Kraft aufnehmen können als die selbe Anzahl runder oder auch rechteckiger Kraftmessdosen 1.

[0015] Vorzugsweise sind keine Kraftnebenschlüsse zwischen der Grundplatte 2 und der Deckplatte 3 vorhanden, welche einen Kraftfluss zwischen diesen Platten 2, 3 zulassen, welche nicht über die Quarzsensoren 5 verlaufen. Der einzige mögliche Kraftnebenschluss verläuft über die die Vorspannmuttern 4.

[0016] Die Messleitungen und Nullleiter der Quarzsensoren 5 sind alle in der Kraftmessdose 1 gebündelt zusammengeführt zu einem gemeinsamen Stecker 6. Dadurch muss bei der Montage und beim Austausch einer Kraftmessdose 1 nur ein Stecker 6 verbunden werden und nicht vier einzelne Leitungen, wie es der Fall wäre, wenn zwei einzelne Messelemente anstelle der Kraftmessdose 1 eingesetzt wären. Zudem kann ein Vorverstärker 7 in der Kraftmessdose 1 untergebracht sein, was die weitere Verarbeitung der Messsignale vereinfacht.

[0017] Solche erfindungsgemässe Kraftmessdosen 1 können im Bereich von LKW Rädern eingesetzt werden, wie in Fig. 3 dargestellt. Sie werden um eine Welle 10 herum gleichmässig verteilt im Bereich der Felge 11, an welcher schliesslich ein Reifen 12 angebracht ist.

[0018] Dadurch, dass mehrere Quarzsensoren 5 in der Kraftmessdose 1 untergebracht sind und mehrere Kraftmessdosen, in der Regel 3 bis 8, in einer Kreisform um die Radachse angeordnet werden, können diese so bemessen sein, dass die gesamte Anordnung der Kraftmessdosen in mindestens einer Richtung eine Last von mehr als 30 kN, insbesondere eine Last von mehr als 40 kN aufnehmen und messen kann, ohne dass dafür verwendeten Kraftmessdosen 1 dabei beschädigt werden.

[0019] Insbesondere können solche Kraftmessdosen 1 im feststehenden Bereich oder im rotierenden Bereich von Prüfständen oder von Versuchsfahrzeugen eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Kraftmessdose

2

Grundplatte

3

Deckplatte

4

Vorspannmutter vor einem Quarzsensor

5

Quarzsensor

6

Stecker

7

Vorverstärker

8

Montagevorrichtungen

9

Rad

10

Welle

11

Felge

12

Reifen

Ansprüche

1. Kraftmessdose zum Erfassen von Radkräften und/oder - Momenten an Reifenprüfständen im Labor und auf mobilen Versuchsfahrzeugen basierend auf dem piezoelektrischen Messprinzip umfassend eine Grundplatte (2) und eine der Grundplatte gegenüber liegende Deckplatte (3) sowie einen zwischen diesen Platten flächig angeordneten, plattenförmigen Quarzsensor (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) länglich ausgestaltet sind und zwei oder mehr solche plattenförmige Quarzsensoren (5) dazwischen einschliessen, die bezüglich der Längsausrichtung der Platten (2), (3) in einer Reihe angeordnet und durch die Platten (2), (3) vorgespannt sind.

2. Kraftmessdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) und die Deckplatte (3) mit abgeschrägten oder abgerundeten Ecken, insbesondere oval-ähnlich ausgestaltet sind.

3. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung mittels Vorspannbolzen (4) erreicht wird.

4. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Messleitungen und Nullleiter der Quarzsensoren (5) zu einem gemeinsamen Stecker (6) geführt sind.

5. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Quarzsensoren (5) umgehende Kraftnebenschlüsse zwischen der Grundplatte (2) und der Deckplatte (3) höchstens durch Vorspannbolzen (4) verlaufen.

6. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorverstärker (7) in der Kraftmessdose integriert ist.

7. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessdose an der Grundplatte (2) und an der Deckplatte (3) Montagevorrichtungen (8), insbesondere Montagebohrungen aufweist.

8. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt im Bereich von LKW Rädern.

9. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt im feststehenden Bereich von Prüfständen oder Versuchsfahrzeugen.

10. Kraftmessdose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt im rotierenden Bereich von Prüfständen oder Versuchsfahrzeugen.

Zeichnung